Umschlag komplett 25.09.09.qxd 25.09.2009 08:57 Seite 1 I MEERESSCHUTZ I KLIMAWANDEL UND MARINE ÖKOSYSTEME Meeresschutz ist Klimaschutz Umschlag komplett 09.06.09.qxd 09.06.2009 15:06 Seite 2 Impressum Herausgeber: Umweltbundesamt Postfach 14 06 06844 Dessau-Roßlau Telefax: (0340) 21 03 22 85 E-Mail: [email protected] Internet: www.umweltbundesamt.de Redaktion: Fachgebiet II 2.3 Meeresschutz Stand: Juni 2009 Gestaltung: Umweltbundesamt Titelbild: Ulrich Claussen, Umweltbundesamt Gedruckt auf Recyclingpapier aus 100% Altpapier. Inhalt 05.06.09.qxd 05.06.2009 16:52 Seite 1 1 KLIMAWANDEL UND MARINE ÖKOSYSTEME Meeresschutz ist Klimaschutz Inhalt 05.06.09.qxd 05.06.2009 16:52 Seite 2 2 INHALTSVERZEICHNIS 1 Einleitung 3 2 Marine Ökosysteme 4 3 Folgen des Klimawandels für die marinen Ökosysteme 7 3.1 Anstieg der Wassertemperaturen und Veränderung der Meeresströme 8 3.1.1 Beispiele für direkte Wirkungen 9 3.1.2 Beispiele für indirekte Wirkungen 12 3.1.2.1 Arealverschiebungen und Entkopplungen 12 3.1.2.2 Einwanderung nicht heimischer Arten 14 3.2 Rückgang des Meereises 18 3.3 Anstieg des Meeresspiegels 21 3.4 Versauerung 24 3.4. Wirkungen auf Meeresorganismen 25 3.4.2 Auswirkungen auf kalkbildende Organismen 25 4 Welche Folgen hat die durch den Klimawandel verursachte Veränderung von Meeresökosystemen auf die Nutzung des Meeres? 29 4.1 Fischerei 29 4.1.1 Nordsee 31 4.1.2 Ostsee 33 4.2 Tourismus 35 4.2.1 Quallenplagen 35 4.2.2 Algenblüten und Fischsterben 37 4.2.3 Korallensterben 39 4.3 Gesundheit 40 4.4 Naturstoffforschung 40 5 Abschließende Bemerkungen 42 6 Literaturverzeichnis 44 7 Glossar 54 Inhalt 05.06.09.qxd 05.06.2009 16:52 Seite 3 3 1 EINLEITUNG Die Weltmeere bedecken 71 Prozent der Erdoberfläche. Sie beherbergen circa 230.000 Arten in einer Vielzahl von Lebensräumen, die sich von den flachen Küstenstreifen bis in die Tiefsee erstrecken. Die Meere haben vielfältige Funktionen: Sie sind Nahrungsquelle für Mensch und Tier, sie regulieren den Klima-, Temperatur-, Kohlendioxid- und Sauerstoff- haushalt der Erde, sie bergen Energieressourcen (wie Öl, Gas oder Wellen und Strömung), sie sind Rohstoffquelle (zum Beispiel Manganknollen, Erzschlämme, Sand oder Kies), Lieferanten für Naturheilstoffe und Grundstoffe für Arzneimit- tel sowie Kosmetika. Die Meere sind Transportweg für die Seeschifffahrt und wichtig als Erholungsräume für den Menschen. Die intensive Nutzung durch den Menschen birgt große Gefahren für die Mee- resökosysteme: Überfischung, Einträge gefährlicher Stoffe, Überdüngung und Einschleppung fremder Arten führen zu Verlusten empfindlicher Arten und Lebensräume. Zunehmend leiden die Meere auch unter den Folgen des Klima- wandels. Der Klimawandel verändert unsere Meere. Neue wissenschaftliche Erkenntnisse machen deutlich, dass die oberen Wasserschichten sich immer mehr erwärmen, der Meeresspiegel steigt und die Meere versauern. Die verursachten Verände- rungen und Schäden für die Meeresumwelt und die Küsten sind mit erheb- lichen Folgen für den Menschen verbunden. Ziel dieses Berichtes ist es, die wesentlichen Zusammenhänge zwischen der Ver- änderung des Klimas und der Meeresökosysteme deutlich zu machen. Dabei ste- hen insbesondere die neuen Erkenntnisse zu Erwärmung, Meeresspiegelanstieg, Versauerung sowie zu den Wirkungen dieser Faktoren auf marine Ökosysteme und deren Nutzung durch den Menschen im Vordergrund. Eine wichtige Quelle dieses Berichtes ist das Sondergutachten des Wissenschaftlichen Beirates der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU) „Die Zukunft der Mee- re – zu warm, zu hoch, zu sauer“ (2006) [1], ergänzt um aktuelle nationale und internationale Forschungsergebnisse. Einen weiteren Beitrag liefert ein im Auf- trag des Umweltbundesamtes (UBA) erstelltes Gutachten zum Thema „Konse- quenzen des Klimawandels für die Biodiversität der Meere“ der Biologischen Anstalt Helgoland (BAH) des Alfred-Wegener-Instituts für Polar- und Meeresfor- schung (AWI) [2]. Der Fokus dieses Berichtes liegt auf den deutschen Meeresge- wässern, gleichwohl sind Erkenntnisse über andere Meeresgebiete einbezogen. Inhalt 05.06.09.qxd 05.06.2009 16:52 Seite 4 4 2 MARINE ÖKOSYSTEME Seit dem Jahr 2000 läuft die ozeanische Bestandsaufnahme „Census of Marine Life“, in der mehr als 2.000 Fachleute aus 80 Ländern die derzeit rund 230.000 bekannten Arten von Meereslebewesen erfassen und der Öffentlichkeit zugäng- lich machen wollen. Das zu diesem Zweck eingerichtete Online-Verzeichnis „World Register of Marine Species“ umfasst bisher 122.500 verifizierte Arten [3]. Wie viele Arten es in unseren Weltmeeren tatsächlich gibt, ist noch unbekannt. Während die küstennahen Gebiete der Ozeane relativ gut untersucht sind, ist die Tiefsee unter 2.000 Metern (m) bisher noch weitgehend unerforscht, da sie nur schwer und mit sehr kostspieligen Methoden zugänglich ist. Taxonomen schätzen, dass mindestens eine Million marine Arten existieren; die obere Gren- ze können sie aber nicht beziffern. Die biologische Vielfalt eines marinen Lebensraums ist das Resultat einer Viel- zahl von Umweltfaktoren sowie Interaktionen zwischen den Organismen. Die Biodiversität innerhalb eines Gebietes ist deshalb selten eine feste Größe, son- dern sowohl kürzer- (zum Beispiel jahreszeitlichen) als auch längerfristigen Zyklen unterworfen [4]. Abiotische und biotische Faktoren bestimmen direkt oder indirekt die räumliche Verbreitung verschiedener Organismen [5]. Zu den abiotische Faktoren zählen unter anderem Strahlung (Licht), Tempera- tur, Salzgehalt (Salinität) und Nährstoffkonzentrationen im Wasser. Diese Fakto- Abb. 1: Graphische Darstellung der Toleranz von Organismen gegenüber Umweltfaktoren, zum Beispiel Temperatur. Für jede Art gibt es einen Bereich, in dem für sie optimale Bedingungen für Wachstum und Fortpflanzung herrschen. Außerhalb dieses Bereichs ist ein Überleben möglich, solange die oberen und unteren (physiologischen) Tole- ranzbereiche nicht über- oder unterschritten werden (Quelle: [2]). Inhalt 05.06.09.qxd 05.06.2009 16:52 Seite 5 5 Abb. 2: Graphische Darstellung des Einflusses von Umweltfaktoren auf die Wachstumsbedin- gungen verschiedener Arten: Die Kurven repräsentieren die Toleranzen zweier Arten gegenüber dem Faktor Temperatur. Im Bereich der Linie 1 und 3 kann jeweils nur eine Art überleben. Linie 2 zeigt den Temperaturbereich, in dem beide Arten überleben können (Quelle: [2]). ren können unmittelbare physische und damit Konsequenzen für die Entwik- klung des Organismus haben (siehe Abb. 1). Höhere Temperaturen können zum Beispiel erhöhte Stoffwechselraten bewir- ken, die Sauerstoffaufnahme und dessen Transport beeinträchtigen [6] oder eine Verminderung der Reproduktion verursachen. Die physiologischen Tole- ranzen verschiedener mariner Arten gegenüber diesen Faktoren variieren erheblich (zum Beispiel bei Austern hoch [7], Fischen niedrig [8]). Im schlimm- sten Fall führt ein Unter- oder Überschreiten des Toleranzbereichs zum Tode. Zuvor kann es jedoch bereits zu einem abweichenden Verhalten oder veränder- ten Fortpflanzungsraten kommen, wodurch die Populationsgröße einer Art beeinflusst werden kann. Wegen der verschiedenen Toleranzbereiche können in einem Gebiet sowohl optimal angepasste Arten leben als auch solche, die sich in Bezug auf einen bestimmten Umweltfaktor an ihrem oberen oder unteren Limit befinden (siehe Abb. 2). Arttypische physiologische Toleranzbereiche tragen entscheidend zur räumlichen Begrenzung von Lebensräumen verschiedener Arten und damit zur Ausbildung biogeografischer Zonen mit typischen Artengemeinschaften bei. Neben den abiotischen Faktoren kommt auch den Wechselbeziehungen zwi- schen den einzelnen Arten und zwischen Artgenossen innerhalb eines Ökosy- stems, nämlich den biotischen Faktoren, eine große Bedeutung zu. Arten einer Lebensgemeinschaft existieren nicht unabhängig voneinander, sondern sind mehr oder weniger stark von einander abhängig. Inhalt 05.06.09.qxd 05.06.2009 16:53 Seite 6 6 Bekannte Wechselbeziehungen sind: X Konkurrenzverhalten (innerhalb einer Art oder zwischen Individuen zweier Arten) für begrenzte Ressourcen und X Räuber-Beute Beziehungen, die zur Ausbildung von Nahrungsnetzen führen. Marine Nahrungsnetze enthalten eine Vielzahl von Organismen, die nach ihrer Funktion und/oder Größe in mehrere Gruppen eingeteilt sind. Die Basis des marinen Nahrungsnetzes bildet das Photosynthese betreibende Phytoplankton (Primärproduzent), welches wiederum einer Vielzahl von Sekundärproduzenten, wie zum Beispiel Zooplankton, Fischen und marinen Säugetieren, als Nahrungs- grundlage dient. In Abbildung 3 ist ein vereinfachtes marines Nahrungsnetz dargestellt. Licht CO Pelagial 2 Zooplankton Phyto- plankton Fische Nährstoffe Raubfische Organische Substanz Bakterien Benthal Sediment Abb. 3: Darstellung eines vereinfachten marinen Nahrungsnetzes. Die durchgehenden Pfeile zeigen die Fraßbeziehungen zwischen den Organismengruppen, die gestrichelten Pfeile zeigen den „Rückfluss“ von Nährstoffen (Quelle: verändert nach [2]). Das Zusammenspiel abiotischer und biotischer Faktoren ist für die Dynamik der Nahrungsnetze entscheidend. So bestimmen zum Beispiel für photosynthetisch aktive Organismen, wie Phytoplankton, die Wassertemperatur und die Sonnen- einstrahlung bestimmt ausschlaggebend die jahreszeitlichen Wachstumsphasen (beispielsweise Frühjahrsblüten) [9]. Diese dienen dem Teil des Zooplanktons, der sich von Pflanzen ernährt, als Nahrungsgrundlage, welches wiederum als Nahrung für zum Beispiel Fischlarven dient. Der zeitliche Ablauf des Auftretens und die Abundanz der Arten in einem Nahrungsnetz sind also